Приветствую, коллеги! Это снова @ProstoKirReal. В прошлом цикле статей я с вами обсуждал работу интернета (Часть 1, Часть 2, Часть 3, Часть 4, Часть 5), но я специально обошел стороной самую важную часть – как биты данных передаются по локальным сетям между компьютерами и через интернет между материками.
Я начинаю новый цикл статей. В нем мне бы хотелось с вами обсудить SFP‑модули. Что это такое, какие типы бывают (и чем они отличаются), какую роль играют оптические кабели и немного затронем историю их развития.
Информации очень много. Точного объема статей я пока не знаю, но обещаю разложить все по полочкам максимально емко и понятно.
Важный момент
На Хабре уже давно есть статья про эволюцию сетей на витой паре. Не хочу повторяться и рекомендую вам на досуге с этой статьей ознакомиться.
❯ Зачем нужна эта статья?
Данная статья нам нужна для того, чтобы разобраться в базовых понятиях и разобрать:
историю развития модулей;
типы модулей и иерархию скоростей;
из чего состоят модули.
❯ История развития модулей
История становления волоконно‑оптических линий связи (ВОЛС) начинается с патента
на оптическую телефонную систему. Патент получил Норман Р. Френч в 1934 году, в нем описывались речевые сигналы, которые передавались при помощи света по стержням чистого стекла.
В 1962 году уже был создан полупроводниковый лазер и фотодиод, использовавшийся как источник и приемник оптического сигнала.
В 1966 году опубликовалась работа «Dielectric-Fibre Surface Waveguides For Optical frequencies» («Диэлектрические волоконно-поверхностные волноводы для оптических частот») в Proc. IEE, доказав, что затухание в стекле можно теоретически снизить до 20 дБ/км (о затухании в оптоволокне поговорим в другой статье). Также они представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км.
В 1970 году Роберт Маурер (Robert Maurer), Дональд Кек (Donald Keck) и Питер Шульц (Peter Schultz) создали первое волокно с затуханием 17 дБ/км (1970 г.). Волокно было многомодовым для передачи сигнала по длине волны 633 нм (про одномодовое/многомодовое волокно, а также про длины волн чуть позже). К 1972 г. Было достигнуто 4 дБ/км. Для сравнения, на сегодняшний день лучшие волокна имеют уровень затухания менее 0,18 дБ/км.
Далее в 70-е годы было много экспериментов с волокном, которые применялись в коммерческих телефонных сетях AT&T и GTE, а также в военных целях (военно-морские силы США внедрили ВОЛС на борту корабля USS Little Rock.)
Спустя 10 лет технология получила применение в телекоммуникационных сетях.
❯ 1990-е: Первые поколения приемопередатчиков и первые горяче-сменяемые решения.
Приемопередатчик 1х9
В 1990-е годы появилось первое решение оптических приемопередатчиков – 1х9. Трансиверы (если их можно так назвать) 1х9 являются самыми ранними представителями оптических модулей. Они были нацелены на скорости до 1Ge. В настоящее время современные ВОЛС обходятся без трансиверов 1х9, но все еще есть клиенты промышленного и видеосектора, которые используют данные передатчики.
GBIC
На замену 1х9 пришли первое решение оптических трансиверов – GBIC
Gigabit interface converter (GBIC) – это один из оптических трансиверов, который преобразует последовательные электрические сигналы в оптические с горячей заменой (Hot Swap) Иногда его называют GBIC-конвертером. Его скорость передачи данных 1Ge, дальность передачи составляет от 550м до 80 км, в зависимости от моделей.
GBIC бывают как оптические, с разъемом SC так и медные, с разъемом RJ-45, для витой пары.
Существуют следующие типы GBIC-модулей:
GBIC Copper — расшифровывается как медный трансивер, обычно со скоростью 1000BASE‑T, и передает сигнал на расстояние до 100 метров по кабелю Cat 5;
GBIC SX — означает короткое расстояние (short reach), соединение до 550 м на оптоволокне OM2;
GBIC LX — означает дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
GBIC EX — означает расширенная дальность (extend reach), связь до 40 км на оптоволокне OS2;
GBIC ZX — расшифровывается примерно, как расширенное длинное расстояние (extend long reach), связь до 70 км на оптоволокне OS2.
Также еще существуют CWDM GBIC, BiDi GBIC и DWDM GBIC, но принципы их работы совпадают с аналогичными SFP/SFP+, о них чуть позже.
На данный момент GBIC морально устарел. Он больше своего преемника SFP по размеру и занимает много места в коммутаторе, снижая его пропускную способность. Сетевое оборудование, с интерфейсами GBIC, также перестали производить, так как их вытеснили современные коммутаторы с портами SFP.
❯ Начало 2000-х: Да здравствует король! SFP
Из-за большого размера GBIC коммутаторы имели малое количество интерфейсов. Поэтому началась разработка принципиально нового оптического модуля с меньшим размером и энергопотреблением, а также более высокой скоростью – SFP (Small-form factor pluggable).
SFP также называли раньше mini-GBIC из-за похожего форм фактора и работы, но на данный момент большинство сетевых инженеров не знают о GBIC и термин mini-GBIC устарел.
SFP имеет горячую замену (Hot Swap) и обеспечивает большое количество интерфейсов в коммутаторах. Часто коммутаторы 1RU (Rack Unit) могут быть оснащены до 48 интерфейсов SFP, что намного больше, чем у предыдущих коммутаторов с GBIC интерфейсами.
❯ Середина 2000-х: Война форматов 10G (XENPAK, X2, XFP vs SFP+)
XENPAK
XENPAK – это один из первых серийных оптических модулей который работал на скоростях 10Ge. Его разработали как прямое развитие стандарта GBIC.
В нем впервые массово стали применять технологию CDR (Clock Data Recovery) – схема восстановления тактового сигнала.
Еще одним плюсом, данного стандарта, являлась поддержка широкого спектра технологий (SR/LR/ER/LX4, DWDM).
Но главные минусы XENPAK взял у GBIC – большой размер, занимающий много места в коммутаторе, высокое энергопотребление и большая стоимость (по сравнению с будущим SFP+)
X2
X2 модуль был разработан той же группой вендоров, как эволюция XENPAK. Размер стал меньше, при этом сохранив встроенный CDR и поддержку всех ключевых оптических стандартов 10Ge. Энергопотребление было значительно снижено.
Cisco активно продвигали X2, как модуль исправляющий недостатки XENPAK, но он был все еще довольно крупным, по сравнению со своими последователями.
XFP
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) стал первым действительно компактным форм-фактором для 10Ge, он стал намного легче и меньше, чем XENPAK и X2. Он поддерживал все основные оптические стандарты и имел низкое потребление.
Его стали применять как универсальное решение, где размер и энергопотребление были критичны.
XFP мог стать доминирующим стандартом, но имел два критических минуса – отсутствие CDR и цену больше, чем SFP+.
SFP+
SFP+ стал эволюцией чрезвычайно успешного SFP.
На старте у SFP+ был ряд недостатков — поддержка простых стандартов (SR и LR), более сложные (ER/ZR, DWDM, LX4) требовали XFP или X2, также отсутствовал CDR.
Но были и неоспоримые преимущества — лучшая энергоэффективность и самый малый размер, по сравнению с конкурентами, а также самая низкая цена.
Так как о SFP знали и пользовались во всем мире, SFP+ стал его преемником в скоростях 10Ge. Производители оборудования (Cisco, Juniper, HP и др.) и операторы связи нуждались в снижении стоимости порта 10Ge, а легкая миграция с 1G на 10G в одном и том же форм‑факторе сулила огромные выгоды.
Почему победил SFP+?
Экономия — аргумент стоимости порта и плотности оказались решающими для массового внедрения 10Ge в серверные стойки и агрегационные уровни.
Эволюция — преемственность с SFP значительно упростила внедрение для производителей оборудования.
Прогресс в электронике — к концу 2000-х стало возможным реализовывать CDR достаточно дешево и надежно, нивелируя ключевое преимущество XENPAK/X2/XFP.
Расширение возможностей SFP+ — быстро появились модули SFP+ для всех основных оптических стандартов (включая ER, ZR, DWDM), закрыв функциональные пробелы.
По мере роста производства SFP+ его цена падала еще сильнее, а доступность росла, создавая самоподдерживающийся цикл принятия. Ведущие вендоры быстро переориентировались на SFP+. XFP на сегодня еще можно встретить в нишевых сегментах, а вот XENPAK и X2 в основном не поддерживаются, хотя их до сих пор можно приобрести для legacy-систем.
❯ 2010-е: Революция плотности (QSFP+, SFP28, QSFP28)
Если в 2000-х развернулась война за право стать главным стандартом 10Ge, то 2010-е стали десятилетием революции плотности.
Рост облачных технологий, гипермасштабируемых дата-центров, виртуализации, Big Data и огромные потоки мобильного трафика стали требовать больше пропускной способности и скорости передачи.
10Ge интерфейсы уже не могли обеспечить необходимые потребности и на смену им пришли 25Ge, 40Ge и 100Ge интерфейсы.
Производители телеком «железа» столкнулись с проблемой. Необходимо было разработать оборудование с максимальным количеством портов в минимальное количество RU, желательно все уместить в 1RU. Остро понадобился маленький форм-фактор схожий с SFP/SFP+.
И появились три ключевых форм-фактора: QSFP+, SFP28 и QSFP28.
QSFP+
QSFP+ (Quad Small Form‑factor Pluggable Plus) — стал первым «большим» стандартом. Главная особенность, судя из названия quad (четырехканальный), заключалась в возможности передавать 4 канала по 10Ge в одном модуле.
QSFP+ физически занимал лишь на 30–40% больше места, чем один SFP/SFP+, что позволяло размещать от 16 до 36 (что соответствует 64–144 портам 10Ge) интерфейсов на 1RU коммутаторе.
Стоимость одного QSFP+ модуля была значительно ниже, чем 4 отдельных SFP+, что снижало стоимость/Gbps.
Но главным двигателем прогресса стали кабели breakout (в простонародье — гидра).
Гидра позволяет подключать 4 серверные стойки 10Ge к одному порту 40Ge в ToR коммутатор. Магистрали внутри стоек, агрегация, первые развертывания 40Ge стали главными двигателями прогресса в первой половине 2010-х.
SFP28
SFP28 (Small Form-factor Pluggable 28). Если в начале 2010-х к коммутаторам ToR подключали breakout, то в конце 2010-х скорости стало не хватать.
SFP28 заменил SFP+, став стандартом для подключения серверов к коммутаторам ToR, а также он использовался как аплинк на бюджетных коммутаторах агрегации.
SFP28 одинаковый по размерам с SFP+ но имеют разную аппаратную составляющую.
Еще одной маленькой революцией стала схема модуляции.
Для SFP+ и QSFP использовалась относительно простая схема модуляции NRZ (Non‑Return‑to‑Zero). Она использует 2 уровня сигнала — 1 или 0.
Для увеличения скорости передачи, без увеличения частоты (энергозатратно) и форм‑фактора в SFP28 стали применять более сложную схему модуляции — PAM-4 (Pulse Amplitude Modulation with 4 levels — Амплитудно‑импульсная модуляция с 4 уровнями).
PAM-4 использует 4 уровня сигнала, что позволяет каждому символу кодировать 2 бита информации (00, 01, 10, 11). Благодаря ей удалось увеличить скорость передачи битов, без изменения форм-фактора.
SFP28 обеспечил плавный, высокоплотный и экономичный переход от 10G к 25G в серверной среде. Доказал эффективность «точечного» увеличения скорости в компактном форм-факторе.
QSFP28
25Ge и 40Ge, конечно, хорошо, но все ждали чего-то большего. 100Ge было не за горами.
После того как стали успешно внедрять SFP28, разработали новый стандарт на базе форм-фактора QSFP+.
Если QSFP+ имел 4 канала по 10Ge, то QSFP28 имел уже 4 канала по 25Ge.
QSFP28 (Quad Small Form-factor Pluggable 28) стал пиком плотности. Вендоры смогли разместить в 1RU до 32 портов 100Ge. Это было эквивалентно 128 портам 25Ge или 256 портам 10Ge в одном юните. Плотность стала на порядок выше, размеры на порядок меньше, чем у ранних решений.
Стоимость порта 100Ge стремительно снижалась благодаря массовому производству и конкуренции. QSFP28 стал самым экономичным путем к 100Ge.
Механическая совместимость со слотами QSFP+ упрощала миграцию с 40Ge на 100Ge на некоторых платформах.
QSFP28 стали применять повсеместно: магистрали дата-центров, агрегация, подключение высокопроизводительных серверов и систем хранения через breakout.
QSFP28 стал основным мировым стандартом де-факто для 100Ge. Его гибкость, плотность и экономичность обеспечили массовое внедрение 100Ge в дата-центрах к концу 2010-х. Заложил фундамент для следующих поколений (200Ge, 400Ge, 800Ge).
2010-е доказали, что плотность и экономика — главные драйверы сетевой эволюции. QSFP+, SFP28 и QSFP28 стали главной революцией, преодолев барьеры стоимости, энергопотребления и физического пространства. Их успех заложил основу для следующих поколений форм-факторов (QSFP-DD, OSFP, SFP-DD), которые продолжили гонку за плотностью уже на скоростях 200G, 400G и выше, используя те же принципы агрегации каналов и сохраняя гибкость. Революция плотности 2010-х сделала терабитные скорости в дата-центрах не фантастикой, а повседневной реальностью.
Если вы задались вопросом почему SFP28 и QSFP28 именно 28, я написал мини статью на эту тему в своем канале.
2020-е: QSFP-DD/OSFP и путь к 1.6T
Рост облачных сервисов, ИИ, 5G породил большой спрос на высокую пропускную способность. К 2020 году 100Ge уже перестал быть «магистральным», он стал стандартом для серверных аплинков и агрегации стоек. На смену 100Ge пришел 400Ge, но даже его стало не хватать. Новым рубежом стал 800G, а следующим стал 1.6T. Ключевыми игроками стали два форм‑фактора — QSFP‑DD и OSFP.
Небольшая ремарка. На данный момент в России эти стандарты не очень популярны. В 2020–2022 года стали последними, когда данные стандарты еще можно было встретить в серверных ЦОДах с зарубежным оборудованием, по понятным причинам. На данный момент Российские вендоры научились разрабатывать и предоставлять оборудование только с 100Ge портами. Поэтому QSFP‑DD и OSFP это для нас задел на будущее.
QSFP‑DD (Quad Small Form‑factor Pluggable Double Density) — имеет схожий форм‑фактор с QSFP28, но с точки зрения скорости передачи данных, это два разных стандарта SFP‑модулей (QSFP‑DD немного шире и длиннее), которые значительно отличаются друг от друга. Как мы помним. QSFP28 может передавать только четыре канала по 25Gbs, в это время и QSFP‑DD может передавать восемь каналов по 50Gbs, что эквивалентно 400Gbs.
Основные минусы QSFP‑DD это тепловыделение и поддержка со стороны вендоров. По сравнению с QSFP28 тепловыделение значительно выше, а поддержкой занимаются только крупные вендоры (Broadcom, Intel, Cisco, Juniper) с соответствующей ценой.
Для того чтобы обеспечить пропускную способность в 800Gbs, был разработан QSFP‑DD800.
QSFP‑DD800 использует 8 каналов по 100Gbs. С помощью четырехуровневой модуляции PAM4 скорость удваивается, по сравнению с предыдущим поколением. Следующее поколение трансиверов 800Ge увеличит скорость каждого канала до 200Gbs, что создаст серьезные проблемы из‑за одновременного увеличения скорости модуляции и передачи данных.
OSFP (Octal Small Form‑factor Pluggable) — как следует из названия (восьмеричные подключаемые модули малого форм‑фактора) обеспечивает 8 электрических каналов и он более оптимизирован под высокие мощности чем QSFP‑DD.
OSFP имеет специфический форм‑фактор с дополнительными радиаторами и высокоплотный 80-контактный разъем. Из‑за этого он не совместим с интерфейсами под QSFP‑DD.
Хотя QSFP‑DD также работают на скоростях до 800Gbs, OSFP был разработан под более высокие требования пропускной способности и эффективности в современных сетевых средах и обеспечивает бесперебойную передачу данных по оптоволокну.
Модули OSFP могут обеспечить скорость передачи от 200Gbs до 800Gbs, что делает их идеальными для использования в средах с высокой плотностью или в местах, требующих высокой пропускной способности.
Из‑за того, что QSFP‑DD и OSFP имеют разные форм‑факторы, производителям серверного оборудования пришлось делать разные линейки с поддержкой разных стандартов или оборудование с платами расширения.
К примеру Arista 7800R3 имеет модульную структуру и поддерживает платы расширения, которые поддерживают либо интерфейсы под QSFP‑DD порты, либо OSFP порты.
Также в QSFP-DD и OSFP стали использовать FEC LDPC (Low‑Density Parity‑Check) — Код с низкой плотностью проверок на четность) или BCH (Bose‑Chaudhuri‑Hocquenghem codes).
FEC Рида‑Соломона, конечно, хорош, но требует большой избыточности, что недопустимо на высоких скоростях.
Кодирование LDPC имеет низкие накладные расходы на кодирование и снижает частоту ошибок в канале, имеет низкие задержки и энергопотребление.
Кодирование BCH обычно используется в оптоволоконной связи и в системах хранении данных. BCH обеспечивает баланс между производительностью исправления ошибок и накладными расходами на кодирование.
Путь к 1.6T
Первым этапом конечно же стал 800Ge, став главным стандартом суперсовременных ЦОД и магистральных линий.
Вторым этапом стало тестирование первых стандартов, поддерживающих 1.6T.
QSFP‑DD1.6T использует 8 каналов по 200Ge и PAM-4, но требует огромного охлаждения.
OSFP‑XD — это увеличенная версия OSFP для 1.6T (8x 200G или 16x 100G), но также имеет вопросы по охлаждению.
CPO (Co‑Packaged Optics). Традиционные оптические модули подключаются к основному чипу системы коммутатора или маршрутизатора через медные дорожки на относительно больших расстояниях (примерно 150–200 мм). Потери из‑за этого составляют примерно 0.25 дБ/мм.
CPO использует иной подход, интегрируя оптический модуль с микросхемой ASIC. Благодаря «прямому» подключению обеспечивается сокращение расстояния между соединениями и уменьшение потери сигнала.
Но есть главный минус — ремонтопригодность. Стандартные модули всегда имеют горячую замену, что позволяет заменить «сгоревший» модуль, а с CPO так просто это не получится.
Кто победит в войне за 1.6T?
Как всегда, покажет время.
На данный момент первые модули от Broadcom (OSFP-XD) и Intel (QSFP-DD1.6T) проходят комплексное тестирование. CPO тестируется у NVIDIA (Spectrum-4), Arista (7800R3) с ИИ и суперкомпьютерами.
❯ Типы модулей SFP
Ранее я описал несколько видов GBIC модулей, но совсем не затронул SFP. В данном разделе приведу только сухие данные.
SFP 1Ge
SFP‑Copper — медный трансивер, предназначенный для подключения к кабелю «витая пара», с разъемом Rj-45 и передает сигнал на расстояние до 100 метров по кабелю Cat 5.
SFP‑SX (у некоторых производителей SFP‑SR) — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 550 м на оптоволокне OM4;
SFP‑LX — одномодовый оптический трансивер на дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
SFP‑EX — одномодовый оптический трансивер с расширенной дальностью (extended distance), соединение до 40 км на оптоволокне OS2;
SFP‑ZX — одномодовый оптический трансивер на максимальное расстояние (ZX это неофициальный стандарт, это название придумали производители для модулей, превосходящих по дистанции LX и EX.), соединение от 80 до 120 км на оптоволокне OS2.
Кроме того, существуют некоторые специальные модели:
SFP‑BiDi — тип модуля оснащается симплексным (про симплекс и дуплекс, как всегда, позже) коннектором LC или SC, который используется с одним волокном для приема и передачи;
SFP‑CWDM/DWDM — тип модуля, который имеет технологию уплотнения и выполняет передачу с высокой пропускной способностью по нескольким длинам волн одновременно.
❯ SFP+ 10Ge
SFP+Copper — медный трансивер предназначается для подключения к кабелю «витая пара» с разъемом Rj-45 и передает сигнал на расстояние до 30 метров по кабелю Cat 6a.
SFP+SR — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 300 м на оптоволокне OM4;
SFP+LR — одномодовый оптический трансивер на дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
SFP+ER — одномодовый оптический трансивер с расширенной дальностью (extended reach), соединение до 40 км на оптоволокне OS2;
SFP+ZR — одномодовый оптический трансивер на максимальное расстояние (ZX это неофициальный стандарт, это название придумали производители для модулей, превосходящих по дистанции LR и ER.), соединение от 80 до 120 км на оптоволокне OS2.
Кроме того, существуют некоторые специальные модели:
SFP+BiDi — тип модуля оснащается коннектором LC, который используется с одним волокном для приема и передачи;
SFP+ CWDM/DWDM — тип модуля, который имеет технологию уплотнения и выполняет передачу с высокой пропускной способностью по нескольким длинам волн одновременно.
SFP+ DAC и AOC — недорогая альтернатива модулям 10G, которая соединяет коммутаторы на небольшом расстоянии, в пределах стойки, серверной или ЦОДа (для AOC).
Интересный факт, как некоторые из вас могли заметить, у GBIC и SFP стандарты называются SX/LX и т.д, а у SFP+ SR/LR и т. д.
Но почему так?
Термин «SX» уже был хорошо знаком по 100BASE‑SX и ранним GBIC 1000BASE‑SX. Он стал де‑факто стандартом для SFP и GBIC‑модулей, хотя некоторые производители иногда маркируют SFP как SR.
Когда появился более компактный SFP и SFP+, рабочая группа IEEE стандартизировала его как «SR» (Short Range) как более логичный и последовательный (противопоставляя его «LR» — Long Range для одномодового волокна). Это было уже после того, как «SX» закрепился за GBIC.
Хотя IEEE стандартизирует физический уровень и протоколы («BASE‑SX», «BASE‑SR»), сами названия модулей (GBIC‑SX, SFP‑SR, SFP‑SX) часто формируются производителями и рынком, что приводит к вариациям.
SFP28 25Ge
Самыми распространенными SFP28 являются:
SFP28-SR — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 100 м на оптоволокне OM4;
SFP28-LR — одномодовый оптический трансивер на дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
SFP28-ER — одномодовый оптический трансивер с расширенной дальностью (extended reach), соединение до 40 км на оптоволокне OS2.
Менее распространенными SFP28 являются:
CWDM SFP28 — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением (до 9 каналов), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
DWDM SFP28 — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением (от 40 до 80 каналов), соединение до 10 км на оптоволокне OS2;
MWDM SFP28 — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением (до 12 каналов), соединение до 15 км на оптоволокне OS2;
LWDM SFP28 — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением (до 6 каналов), соединение до 30 км на оптоволокне OS2.
QSFP+ 40Ge
QSFP+SR4 — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 100 м на оптоволокне OM4. Используется коннектор MPO/MTP;
QSFP+LR4 — одномодовый оптический трансивер на промежуточное расстояние (intermediate reach), соединение до 2 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор LC;
QSFP+LR4 — одномодовый оптический трансивер на дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор LC;
QSFP+LR4-PSM — одномодовый оптический трансивер на дальнее расстояние (long reach), соединение до 10 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор MPO/MTP;
QSFP+ER4 — одномодовый оптический трансивер с расширенной дальностью (extended reach), соединение до 40 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор LC.
QSFP28
QSFP28-SWDM4 — многомодовый оптический трансивер, соединение до 100 м на оптоволокне ОМ5 (~ 70м на ОМ4) Используется коннектор LC. Как‑нибудь позже разберем этот интересный модуль отдельно;
QSFP28-SR4 — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 100 м на оптоволокне OM4. Используется коннектор MPO/MTP;
QSFP28-PSM4 — многомодовый оптический трансивер на короткое расстояние (short reach), соединение до 2 км на оптоволокне OM4. Используется коннектор MPO/MTP;
QSFP28-CWDM4 — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением, соединение до 2 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор LC;
QSFP28-LR4 (LWDM) — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением, соединение до 10 км на оптоволокне OS2. Используется коннектор LC;
QSFP28-ER4 (LWDM) — одномодовый оптический трансивер со спектральным уплотнением, соединение до 40 км на оптоволокне OS2 при использовании FEC или до 30 км на оптоволокне OS2 без использования FEC. Используется коннектор LC.
❯ Из чего состоят SFP модули?
В конце данной статьи хотелось бы разобрать — из чего состоят SFP модули.
Печатная плата:
— приемник и передатчик. Содержит лазерный диод (VCSEL для многомодовых, DFB/EML/FP для одномодовых) для передачи, и фотодиод (PIN или APD) для приема оптического сигнала;
— драйвер лазера/светодиода. Управляет током лазера/светодиода;
— усилитель‑ограничитель (TIA — Transimpedance Amplifier). Усиливает слабый ток от фотодиода и преобразует его в напряжение;
— микросхема контроля (CDR — Clock and Data Recovery, иногда с контроллером). Восстанавливает тактовую частоту и данные из входящего сигнала. Часто включает EEPROM для хранения информации о модуле (тип, длина волны, производитель, серийный номер, параметры калибровки — DDM/DOM);
— пассивные компоненты. Резисторы, конденсаторы, индуктивности;
— разъемы. Контактные площадки для подключения к гнезду SFP на устройстве (хосте) и, иногда, внутренние разъемы для соединения с оптическими компонентами.Литой корпус:
— основная структура модуля, внутри которой закреплена печатная плата. Имеет точную форму для вставки в SFP‑интерфейс коммутатора/маршрутизатора. Обеспечивает базовую защиту компонентов.Крепление (Винты / Клипсы):
— винты необходимы для крепления печатной платы к корпусу;
— клипсы/защелки необходимы для крепления металлического кожуха (п. 6) к корпусу.Оптический интерфейс:
— это дуплексный или симплексный разъем (LC, SC и т.д), содержащий точную цангу (ferrule), удерживающую торец оптического волокна для центрования с лазером или фотодиодом внутри модуля.Защелка:
— представляет собой металлический (чаще) или пластиковый рычаг/петлю. При поднятии/потягивании она отводит фиксирующий язычок внутри модуля, позволяя вытащить его из гнезда. Форма защелки (bail latch — «скоба», pull tab — «язычок») зависит от типа модуля (SFP, SFP+, XFP и т. д.).Металлический кожух:
— покрывает значительную часть основного корпуса и печатной платы (особенно область оптических компонентов и электроники). Служит для:
a. электромагнитного экранирования (EMI). Защищает внутренние цепи от внешних помех и предотвращает излучение помех от модуля;b. защиты от статического электричества (ESD);
c. механической защиты;
d. теплоотвода. Помогает рассеивать тепло от лазера и электроники (хотя основной теплоотвод идет через контакты к хосту).
Пластиковая или резиновая заглушка:
— необходима для защиты разъемов при неиспользовании или транспортировки модуля.
❯ Заключение
Итак, в первой части данного цикла мы разобрали историю и эволюцию оптических трансиверов — от первых экспериментов со светом в стеклянных стержнях до современных высокоскоростных модулей.
Мы с вами разобрали иерархию типов и скоростей модулей — от знакомых SFP/SFP+ до мощных QSFP‑DD и OSFP, готовых к терабитным скоростям. Увидели, как даже в рамках одного форм‑фактора (SFP, SFP+, SFP28) разнообразие типов (SR, LR, ER, ZR, CWDM, DWDM, BiDi). Пока я намеренно обошел тему — как все это разнообразие модулей позволяет решать различные задачи.
И, наконец заглянули внутрь SFP модулей и узнали из каких ключевых компонентов состоит этот маленький технологический шедевр.
Что дальше?
Во второй части разберем:
что такое симплекс и дуплекс;
типы волокон: SMF (одномод) vs MMF (многомод);
классы MMF: OM1-OM5, SMF: OS1-OS2 — дистанции и скорости;
разъемы: как соединить SFP модули между собой.
Для тех кто прочитал до конца
Немного важной информации
Я создал Telegram‑канал от сетевика для сетевиков.
Если ты сетевой инженер, системный администратор, разработчик, студент или просто увлекаешься сетями — тебе сюда.
Что тебя ждет?
Разборы глобальных сбоев и неожиданных сетевых проблем.
Мини‑статьи с полезными фишками и объяснением сложных тем простым языком.
Истории из жизни сетевиков — в том числе от подписчиков.
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
